›
›

Bài giảng Hóa học 10 - Bài 50: Cân bằng hóa học

ppt 37 trang phuongnguyen 20
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hóa học 10 - Bài 50: Cân bằng hóa học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_hoa_hoc_10_bai_50_can_bang_hoa_hoc.ppt

Nội dung text: Bài giảng Hóa học 10 - Bài 50: Cân bằng hóa học

  1. I/ Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch và cân bằng hĩa học II/ Hằng số cân bằng hĩa học III/Sự chuyển dịch cân bằng hĩa học IV/Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hĩa học V/Ý nghĩa của tốc độ phản ứng và cân bằng hĩa học trong sản xuất hĩa học
  2. I/ Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch và cân bằng hĩa học: 1. Phản ứng một chiều: ? 1: Viết phản ứng của VD1: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 a/ Zn với dung dịch HCl Trong cùng điều kiện H khơng phản ứng với ZnCl b/ Nhiệt phân KClO 2 2 tạo Zn. 3 c/ Khí Hidro cĩ phản ứng được với dung dịch ZnCl hay khơng? Khí oxi cĩ phản ứng được VD 2: Đung2 nĩng tinh thể KClO3 cĩ mặt chất xúc tác với KCl hay khơng? MnO2 o t , MnO2 2KClO3 → 2KCl + 3O2 Trong cùng điều kiện đĩ thì KCl khơng phản ứng với O2 tạo KClO3.
  3. I/ Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch và cân bằng hĩa học: 1. Phản ứng một chiều: -Phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều từ trái sang phải gọi là phản ứng một chiều. - Dùng mũi tên chỉ chiều phản ứng.
  4. I/ Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch và cân bằng hĩa học : 2. Phản ứng thuận nghịch : ? 2 : Viết phương trình phản ứng của a/ Xét phản ứng : Cl2 + H2O HClO + HCl a/ Cl2 với H2O ở nhiệt độ thường. Ở điều kiện thường Cl2 phản ứng với H2O tạo thành b/ HClOSO2 vớivà HCl, O2 ởđồng nhiệt thời độ HClO thích và hợp. HCl cũng phản ứng Nhậnvới nhau xét: tạothế ra nào Cl2 vàlà Hphản2O ứng thuận nghịch, biểu diễn phản ứng thuận nghịch như thế nào, b/ Xét phản ứng: ⎯⎯⎯→VO25 so với phản ứng một2SO chiều2+ O thì 2⎯⎯⎯ phản 2SOứng 3thuận t0 nghịchỞ trong cĩ cùng đặc điềuđiểm kiện gì SOkhác?2 phản ứng với O2 tạo thành SO3, đồng thời SO3 cũng phân hủy tạo ra SO2 và O2
  5. I/ Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch và cân bằng hĩa học : 2. Phản ứng thuận nghịch : -Phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau gọi là phản ứng thuận nghịch -Dùng hai mũi tên ngược chiều nhau để biểu diễn phản ứng thuận nghịch * Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch : Hỗn hợp phản ứng luơn cĩ mặt đồng thời cả sản phẩm và chất tham gia phản ứng
  6. 3. Cân bằng hĩa học: Xét phản ứng : H2(khí) + I2(khí) 2HI(khí) Nhận xét : ❖Ban đầu: V lớn (do nồng độ I và H lớn); Tốc Goit Vt là tốc độ của2 2 độ Vn = 0 (do nồng độ HI=0) phản ứng thuận và Vn phản ❖Khi pứ xảy ra: V giảm (do nồng độ I và H giảm); ứng la tốc tđộ của phản ứng2 2 V Vn tăng (nồng độ HI ngày càng lớn) t nghịch. ❖Đến một lúc nào đĩ (tcb) thì Vt = Vn = const (Vcb): pứ đạt tới trạng thái cân bằng. Vậy hãyv = vcho biết cân V t n cb bằng hốc học là gì? Cân bằng hĩa học: Trạnglà trạng thái thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ của phảnVn ứng thuận bằng tốc độ phản tcb ứng nghịch (Vt = Vn). Thời gian
  7. 3. Cân bằng hĩc học : Xét phản ứng : H2(khí) + I2(khí) 2HI(khí) Số liệu phân tích : H2 + I2 2HI Ban đầu: 0,5 Phân tích 0,5 số liệu thực 1 (mol/l) Phản ứng:0,393 nghiệm 0,393 thu được từ 0,786 (mol/l) phản ứng trên như sau: Cân bằng:0,107 0,107 0,786 (mol/l) Cân bằng hĩc học là cân bằng động ❖Tại trạngTạiTừthái phânsaocân ở tích trạngbằng trên :thái hãy pứ chocânkhơng biết bằng tạidừng lại mà ❖Tại trạng thái cân bằng: Vt = Vn cĩ nghĩa là trong 1 đơn vị, nồngpứ thuậnđộ cácnồngtrạngvàchấtpứ tháiđộnghịch pứcác cângiảm chấtbằng,vẫnđikhơng phảntiếpbao ứngtục nhiêuđổi xảythuận nếutheora nhưngpứ thuận thì lại được tạo giữravàvới phảnbấy nguyêntốcnhiêu ứngđộ nghịchđiềubằngtheo kiện nhaupứcĩ xảynghịch phảnV ra =khơng? ứng? .V Từ đĩ hãy nêu 1 đặc điểm củat cânn bằng hĩa học?
  8. 3. Cân bằng hĩa học: Xét phản ứng: H2(khí) + I2(khí) 2HI(khí) Cân bằng hĩa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch (Vt = Vn). Cân bằng hĩa học là cân bằng động. Các chất phản ứng khơng chuyển hĩa hồn tồn thành sản phẩm nên trong hệ cân bằng luơn luơn cĩ mặt chất phản ứng và chất sản phẩm.
  9. II. Hằng số cân bằng hĩa học: 1. Cân bằng trong hệ đồng thể Cho biết khái niệm hệ đồng thể? Là hệ khơng cĩ bề mặt phân chia trong hệ. Xét hệ cân bằng: 0 N2O4 (k) 2NO2 (k) ở 25 C Bằng thực nghiệm , hệ cân bằng này ở 250C người ta thu được các số liệu như sau:
  10. Nồng độ ở trạng Tỉ số nồng Nồng độ ban thái cân bằng, độ lúc cân đầu, mol/l mol/l bằng 2 [NO2] [N2O4]0 [NO2]0 [N2O4] [NO2] [N2O4] 0,6700 0,0000 0,6430 0,0547 4,65.10-3 0,4460 0,0500 0,4480 0,0457 4,66.10-3 0,5000 0,0300 0,4910 0,0475 4,60.10-3 0,6000 0,0400 0,5940 0,0523 4,60.10-3 0,0000 0,2000 0,0898 0,0204 4,63.10-3
  11. II. Hằng số cân bằng hĩa học: 1. Cân bằng trong hệ đồng thể Ta nhận thấy: [NO ]2 2 ≈ 4,63.10-3 ở 250C [N2O4] Tỉ số nồng độ lúc cân bằng luơn là một hằng số nên được gọi là hằng số cân bằng và kí hiệu là K N2O4 (k) 2NO2 (k) 2 [NO2] -3 0 KC= = 4,63.10 ở 25 C [N2O4] [NO2], [N2O4]: nồng độ lúc cân bằng (mol/l)
  12. II. Hằng số cân bằng hĩa học: 1. Cân bằng trong hệ đồng thể. Tổng quát: aA + bB cC + dD [C]c.[D]d K = C [A]a.[B]b 0 KC =f(t )
  13. II. Hằng số cân bằng hĩa học: 1. Cân bằng trong hệ đồng thể. VD : Viết biểu thức KC cho 2 cân bằng sau: N2O4 (k) 2NO2 (k) 2 [NO2] KC= [N2O4] 1 N2O4 (k) NO2 (k) 2 [NO2] KC’= 1/2 [N2O4] Ở cùng nhiệt độ: K=(K’)2
  14. II. Hằng số cân bằng hĩa học: 2. Cân bằng trong hệ dị thể. [CO]2 VD1: C (r) + CO (k) 2CO (k) K = 2 C [CO ] Nồng độ của chất rắn được xem là 2 hằng số. Hãy viết biểu thức của cân VD2: CaCO3(r) CaO (r) + CO2(k) KC=[CO2] bằng trên? 0 -3 -3 Ở 820 C: KC = 4,28.10 nên [CO2] = 4,28.10 mol/l 0 -2 -2 Ở 880 C: KC=1,06.10 nên [CO2] = 1,06.10 mol/l
  15. III/ Sự chuyển dịch cân bằng hĩa học: 1/ Thí nghiệm: Lắp dụng cụ như hình vẽ + Nạp đầy khí NO2 vào cả hai K ống nghiệm (a) và (b) ở nhiệt (a) (b) độ thường. Nút kín ở hai ống, trong đĩ cĩ cân bằng sau: 2NO2 (k) N2O4 (k) (màu nâu đỏ) (khơng màu) Màu của hỗn hợp khí trong cân bằng ở hai ống nghiệm như nhau.
  16. K + Đĩng khĩa K lại, ngâm ống (a) vào (a) (b) nước đá. Nước đá ? 5 : Nhận xét hiện tượng thí nghiệm. Nồng độ Một lát sau, so sánh màu thấy: NO ở 2 ống cĩ gì thay đổi? Ống2 (a) màu nhạt hơn chứng tỏ ống (a) nồng độ khí NO2 giảm. Hiện tượng đĩ được gọi là sự chuyển dịch cân bằng.
  17. 2/ Định nghĩa: Sự chuyển dịch cân bằng hĩa học là sự dịch chuyển từ trạng thái cân bằng này đến trạng thái cân bằng khác do tác động của các yếu tố bên ngồi lên cân bằng. + Các yếu tố làm chuyển dịch cân bằng là nồng độ, áp suất, nhiệt độ. Chúng được gọi là các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hĩa học.
  18. IV/ Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hĩa học: 1/ Ảnh hưởng của nồng độ: Xét hệ cân bằng sau trong một bình kín ở nhiệt độ cao và khơng đổi: C(r) + CO2 (k) 2CO (k) (1) ? 6 : So sánh vT và vN khi phản ứng ở trạng thái cân bằng : C(r) + CO2 (k) 2CO(k) Khi thêm CO2 vào thì hệ cân bằng sẽ biến đổi như thế nào? Bớt CO hệ cân bằng biến đổi như thế nào? Thêm CO hệ cân bằng biến đổi như thế nào? + Khi ở trạng thái cân bằng: vT = vN, nồng độ của các chất khơng đổi.
  19. + Thêm CO2 vào hỗn hợp phản ứng, nồng độ CO2 tăng làm vT lớn hơn vN, phản ứng tạo nhiều CO hơn → Nồng độ CO2 giảm, nồng độ CO tăng → vT giảm, vN tăng đến một lúc nào đĩ vT = vN thì phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng mới cĩ nồng độ CO2 nhỏ hơn, nồng độ CO lớn hơn so với trạng thái cân bằng ban đầu. → Cân bằng đã chuyển dời theo chiều phản ứng thuận.
  20. + Tương tự khi lấy bớt CO ra khỏi hỗn hợp cân bằng chuyển dời theo chiều thuận. + Thêm CO vào: cân bằng chuyển dời theo chiều nghịch. → Kết luận:Khi tăng hoặc giảm nồng độ của một chất trong cân bằng thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đĩ. + Chú ý: Khi thêm hoặc bớt lượng chất rắn khơng ảnh hưởng đến cân bằng (cân bằng khơng chuyển dịch).
  21. 2/ Ảnh hưởng của áp suất: Thí nghiệm: Xét hệ cân bằng trong xi lanh kín cĩ pít tơng ở nhiệt độ thường khơng đổi. N2O4 (k) 2NO2 (k) (màu nâu đỏ) (khơng màu) ? 7 : Khi đẩy pít tơng vào thì áp suất của hệ thay đổi+ nhưĐẩy thếpít nào?tơng vàoNhận làm xét tăng về màu áp suất của của hỗn hệ, hợp khí →màusố mol của khíhỗn nào hợp tăng? khí nhạt Cân hơn.bằng chuyển dịch theo chiều nào? Câu hỏi tương tự khi pít tơng ra?
  22. + Thí nghiệm chứng tỏ: Khi tăng áp suất số mol khí NO2 giảm, số mol N2O4 tăng → cân bằng chuyển dịch theo chiều dịch. + Nhận xét: Phản ứng nghịch từ 2 mol NO2 tạo 1 mol N2O4 → số mol khí giảm → áp suất giảm. Vậy khi tăng áp suất chung của hệ cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm áp suất chung của hệ. + Khi giảm áp suất chung của hệ bằng cách kéo pít tơng ra cho thể tích của hệ tăng, số mol NO2 tăng, số mol N2O4 giảm bớt → cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận → làm tăng áp suất.
  23. → Kết luận: Khi tăng hoặc giảm áp suất chung của hệ cân bằng thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm áp suất đĩ. + Chú ý: Nếu phản ứng cĩ số mol khí ở hai vế bằng nhau hoặc phản ứng khơng cĩ chất khí thì áp suất khơng ảnh hưởng đến cân bằng.
  24. 3/ Ảnh hưởng của nhiệt độ: * Nhiệt phản ứng: + Cho vơi sống vào nước, nước sơi → phản ứng tỏa nhiệt. + Nung dá vơi thành vơi sống phải cung cấp nhiệt → phản ứng thu nhiệt. → Để chỉ lượng nhiệt kèm theo mỗi phản ứng hĩa học người ta dùng đại lượng nhiệt phản ứng ( H) + Phản ứng tỏa nhiệt: Các chất phản ứng mất bớt năng lượng H 0
  25. Ví dụ: CaO + H2O → Ca(OH)2 H = -65 kJ to CaCO3 → CaO + CO2 H = +178 kJ * Ảnh hưởng của nhiệt độ: Xét cân bằng trong bình kín: N2O4 (k) 2NO2 (k) H = 58 kJ (màu nâu đỏ) (khơng màu) Phản ứng thuận H = +58 kJ > 0 phản ứng thu nhiệt. Phản ứng nghịch H = -58 kJ < 0 phản ứng tỏa nhiệt. Ngâm hỗn hợp phản ứng trong nước đá và nước sơi.
  26. Nước đá Nước sơi + Hỗn hợp ở trạng thái cân bằng, ngâm bình đựng hỗn? 8 hợp: Sau vào khi nước xem sơi,mơ màuphỏng nâu thí đỏ nghiệm, của hỗn nhận hợp đậm lênxét → màucân của bằng hỗn chuyển hợp khí dịch → theoxác định chiều chiều nghịch → chiềuchuyển của dịch phản của ứng cân thu bằng nhiệt. → kết luận về ảnh +hưởng Ngâm của bình nhiệt vào độnước đến đá, cân màu bằng của hĩa hỗn học. hợp khí nhạt đi → cân bằng chuyển dời theo chiều thuận → chiều của phản ứng tỏa nhiệt
  27. → Kết luận: Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt nghĩa là làm giảm tác động của việc tăng nhiệt độ và khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt, chiều làm giảm tác động của việc giảm nhiệt độ. Ba yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hĩa học là nồng độ, áp suất, nhiệt độ được tổng kết thành nguyên lý chuyển dịch cân bằng. ? 9 : Nêu điểm giống nhau của chuyển dịch cân bằng khi chịu tác động của nồng độ, áp suất, nhiệt độ. Từ đĩ phát biểu nguyên lý chuyển dịch cân bằng.
  28. * Nguyên lý chuyển dịch cân bằng: (Nguyên lý Lơ Sa-tơ-li-ê) Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu tác động từ bên ngồi, như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngồi đĩ. 4/ Vai trị của chất xúc tác: Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch với số lần bằng nhau nên khơng ảnh hưởng đến cân bằng hĩa học. Chất xúc tác làm cho phản ứng nhanh đạt đến trạng thái cân bằng.
  29. Ví dụ 2: N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) H = 192 kJ ?Đặc 11 : điểmXét phản của phảnứng ứng: Tốc độ phản ứng rất Nchậm2 (k) +ở 3Hnhiệt2 (k) độ thường2NH ,(k) tỏa nhiệtH < 0và phản ứng Ởthuận nhiệtlàm độ thườnggiảm áp phản suất ứngchung xảy của ra hệ.rất chậm, làm thế nào để cân bằng phản ứng chuyển dich theo Dochiều đĩ phảnthuận ứng thu đượcđược thựcnhiều hiện NH3 ở nhiệt? độ cao, áp suất- Nêu cao đặc và điểmdùng củachất phản xúc tác.ứng Tuy: nhiên ở nhiệt độ- Dự cao kiến làm cáccân cáchbằng làm chuyển cân bằngdịch theophản chiều ứng nghịch,chuyển nên dịch chỉ theo thực chiều hiện thuận. ở nhiệt độ thích hợp (khơng quá cao).
  30. V/ Ý nghĩa của tốc độ phản ứng và cân bằng hĩa học trong sản xuất hĩa học VD1: 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) H=-198kJ<0 Để tăng tốc độ phản ứng thì: + Tăng nhiệt độ. + Dùng chất xúc tác. + Tăng nồng độ oxi (dùng dư khơng khí).
  31. V/ Ý nghĩa của tốc độ phản ứng và cân bằng hĩa học trong sản xuất hĩa học VD2: N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) H=92kJ<0 Để tăng tốc độ phản ứng thì : + Thực hiện phản ứng ở áp suất cao. + Dùng chất xúc tác. + Thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thích hợp.
  32. Củng cố: 1/ Hằng số cân bằng KC của một phản ứng phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây? a)Sự cĩ mặt của chất xúc tác b)Nhiệt độ c) Áp suất d)Nồng độ
  33. Củng cố: 2/ Trong các phản ứng sau,phản ứng nào xảy ra 1 chiều? a/ Cu(r) + 2H2SO4 đặc(l) = CuSO4 (l) +SO2 (k) + 2H2O (l) b/ SO2 (k) + O2 (k) = 2SO3 (k) c/ N2 (k) + 3H2 (k) = 2NH3 (k) d/ 3Fe(r) + 4H2O(k) = Fe3O4(r) + 4H2 (k)
  34. Củng cố: 3/ Viết các biểu thức hằng số cân bằng cho các phản ứng sau: a) CaCO3(r) CaO (r) + CO2 (k) b)Cu2O(r) + ½ O2(k) 2CuO(r) c) SO2 (k) + ½ O2 (k) SO3(k) d) 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3(k) [SO ] a)K= [CO ] 3 C2 c)KC = 1/2 [SO22 ][O ] 1 [SO ]2 b)KC = 1/2 3 d)KC = 2 [O2 ] [SO22 ] [O ]
  35. Củng cố: Các phản ứng thuận nghịch chúng ta viết là: ⎯⎯→xt 2SO2 (k)+ O 2 (k)⎯⎯ 2SO 3 (k) t0 ⎯⎯→xt N2 (k)+ 3H 2 (k)⎯⎯ 2NH 3 (k) t0 ⎯⎯→xt 3Fe(r)++ 4H2 O(k)⎯⎯ Fe 3 O 4 (r) 4H 2 (k) t0